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저전압 구동이 가능한 유기박막트랜지스터를 위한 유기-무기 하이브리드소재 유전체 박막제조

Organic-inorganic hybrid gate dielectrics for low-voltage organic thin-film transistors

하영근 ( Young-geun Ha )
  • : 한국화상학회
  • : 한국화상학회지 27권3호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 09월
  • : 94-99(6pages)
한국화상학회지

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목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
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휘어지며 투명한 전자기기의 개발을 위해서 최근 유기반도체, 탄소기반 나노소재, 금속산화물 반도체등의 다양한 신소재 반도체 개발에 대한 연구가 관심을 받으며 지속적으로 발전하고 있다. 그러나, 이러한 신소재 반도체 기술의 꾸준하고 지속적인 발전에도 불구하고 트랜지스터를 구성하는 주요 소재중 하나인 유전체에 대한 연구는 반도체의 개발속도에 크게 미치지 못하여, 기계적인 휘어짐의 특성을 갖추고, 높은 캐패시턴스와 좋은 누전전류 특성을 갖는 새로운 유전체 개발에 대한 요구가 지속적으로 커지고 있다. 이에 본 연구는 저전압에서 구동 가능한 박막트랜지스터를 위한 유기-무기 하이브리드소재 박막을 개발하며 이를 저전압 구동이 가능한 유기박막트랜지스터에 적용하였다. 상대적으로 높은 유전상수를 갖는 염화하프늄 (HfO2)과 소수성기를 갖고 있으며 금속산화물과 공유결합이 가능한 실란산 기반의 유기물 (octadecyltrimethoxysilane)을 혼합한 전구체 용액을 합성하며 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 통해 얻을 수 있었다. 제조된 하이브리드 게이트 유전체 박막은 우수한 절연 및 유전체 특성과 함께 소수성 표면 특성을 가질 수 있었고 펜타센 유기박막트랜지스터로 응용하여 저전압에서 구동이 되며 우수한 트랜지스터 성능을 갖는 소자를 개발하였다.
Recent advances in semiconductor performance afforded by organic π-electron molecules, carbon-based nanomaterials, and metal oxides have been a central scientific and technological research focus over the past decade for flexible and transparent electronics. However, recent advances in semiconductor require corresponding advances in compatible gate dielectric materials, which exhibit excellent electrical properties such as large capacitance, high breakdown strength, low leakage current density, as well as mechanical flexibility. In this study, we report on the design, processing, and dielectric properties of organic/inorganic hybrid dielectric films for low-voltage operation of organic thin-film transistors (OTFTs). The hydrophobic hybrid dielectric films are easily fabricated by one-step spin coating of a hafnium chloride precursor in an octadecyltrimethoxysilane solution under ambient conditions, followed by thermal curing at low temperatures (approximately 150℃). These novel dielectrics exhibit excellent surface smoothness, great insulating property ,and high capacitance. Consequently, the hybrid dielectrics integrated into the pentacene OTFTs function at relatively low voltages with excellent TFT characteristics

UCI(KEPA)

I410-ECN-0102-2022-500-000924126

간행물정보

  • : 공학분야  > 기타(공학)
  • : KCI후보
  • :
  • : 계간
  • : 1226-0517
  • : 2288-9604
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1995-2022
  • : 556


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28권1호(2022년 03월) 수록논문
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1아자이드 기능기를 이용한 용매 저항성 공액 고분자 개발

저자 : 김승주 ( Seungju Kim ) , 이규철 ( Kyu Cheol Lee )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 28권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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용액 공정에 기반한 공액 고분자 재료들은 경량성, 유연성, 높은 가격경쟁력으로 주목받고 있다. 하지만 여전히 유기 소재의 안정성 향상은 중요한 연구 주제로써 상용화를 위해 반드시 극복해야 할 사항이다. 따라서 다양한 물리적 광학적 조성을 가진 유기 고분자 재료들의 지속적인 개발은 필수적이다. 본 연구에서는 기존에 태양전지용 공액 고분자로 사용되고 있는 BDT-S-TPD를 azido functionalization을 통해 성공적으로 아자이드 사슬로 변환시켰고 이를 NMR과 IR 스펙트럼을 통해 증명하였다. 또한 합성된 고분자로 열 또는 광 가교결합을 진행 후 내용제성 평가를 실시하였고 아자이드 함량이 증가함에 따라 내용제성이 향상됨을 확인할 수 있었다.


Conjugated polymer materials based on solution processes are attracting attention as lightweight, flexible and low-cost. However, improving the stability of organic materials is still an important research topic and must be overcome for commercialization. Therefore, the continuous development of organic polymer materials with various physical and optical properties is an essential factor. In this work, the hydrocarbon alkyl chain of BDT-S-TPD used in organic electronics was successfully synthesized as an azide alkyl chain through azide functionalization and could be analyzed by NMR and IR spectroscopy. In addition, as a result of testing solvent resistance using photothermal crosslinking of azide modified conjugated polymer, it was demonstrated that solvent resistance was enhanced acccording to the azide ratio was improved.

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2인공신경망 포텐셜 개발을 통한 구리-코발트 조성에 따른 산화물의 범밀도이론함수 에너지 예측 연구

저자 : 이종민 ( Jong Min Lee ) , 진송 ( Jin Song ) , 황지민 ( Jee Min Hwang ) , 서민호 ( Min Ho Seo )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 28권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 8-14 (7 pages)

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범밀도이론함수(Density Functional Theory, DFT) 기반의 제일원리전산모사는 기저상태의 DFT 에너지를 구하는데 많은 시간소요 및 전산자원을 소모하였다. 이러한 막대한 전산자원의 소모는 DFT 계산에서 고려할 원자수를 수 백개 이하로 제한되게 되었으며, 이를 해결하기 위해서는 전자구조 계산이 아닌 원자의 환경 내에 원자간 상호작용을 정의(Force Field, 힘장)하고 이를 통해 주어진 조성 혹은 구조에 따른 에너지를 빠르게 예측 할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 Behler-Parrinello가 제시한 인공신경망 모델을 활용해 인공지능 다원계 힘장을 개발하고 코발트-구리 산화물의 조성에 따른 에너지를 예측하고 안정한 구조를 탐색하는 연구를 수행하였다. 인공신경망 기술로 부터 구리-코발트 산화물에 대해 15.7 meV/atom의 에너지 오차와 단위거리당 힘 103.6 meV/Å의 정확도를 가지는 인공신경망 포텐셜을 개발하였다. 이 방법으로 빠르고 정확하게 CuCoO 표면구조의 산소 결함률에 따른 생성에너지를 계산할 수 있었고, 에너지 컨벡스홀을 도시 조성에 따른 안정한 구조를 예측하였다.


The first principle study based on Density Functional Theory (DFT) needs tremendous computational cost and time to find DFT energy of ground state for targeted materials, causing limitation of a number of atoms below hundreds. To overcome the limitations, it has to be quickly predicted the energy as a function of composition and structure as defining interatomic potential in the various atomic environments. Using artificial intelligence-based machine learning technology proposed by Behler-Parrinello, we have predicted DFT energies and optimized structures for CuCo Oxides in a different composition. From the method, we have developed neural network potential with an accuracy of 15.7 meV/atom and 103.6 meV/Å for energy and force, respectively. The approaches were able to calculate the formation energies in a short time according to the oxygen defects in the CuCoO bulk and slab models as well as to investigate the thermodynamically stable structures demonstrating an energy convex hull.

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1가시광선하에서 CdZnS/ZnO 광촉매를 이용한 메틸렌블루 분해반응

저자 : 이근대 ( Gun Dae Lee )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 81-89 (9 pages)

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단순 침전법으로 제조한 CdZnS/ZnO 광촉매를 이용하여 가시광선하에서 메틸렌블루의 광분해 반응에 대한 연구를 수행하였다. X선 회절분석법과 UV-vis 확산반사 분광법 등을 이용하여 제조된 촉매들의 물리화학적 특성을 분석하였다. 그리고 CdZnS/ZnO 광촉매의 활성을 조사하고 CdS 및 TiO2와 비교 검토하였다. CdZnS/ZnO 광촉매는 자외선뿐만 아니라 400nm에서 600nm 범위의 가시광선 영역에 있어서도 우수한 광흡수 특성을 나타내었다. 가시광선하에서 메틸렌 블루의 광분해 반응에 대해서 CdZnS/ZnO 광촉매는 CdS 와 TiO2 보다 우수한 광촉매 활성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그리고 가시광선하에서의 메틸렌블루의 광분해 반응에는 광촉매 반응뿐만 아니라 감광반응도 관여하고 있음을 확인할 수 있었다.

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2친환경 비납계 페로브스카이트의 광학적 및 전기적 특성을 이용한 하이드록시기 가스 센서

저자 : 이다슬 ( Daseul Lee ) , 송명관 ( Myungkwan Song ) , 최진우 ( Jin Woo Choi )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 90-93 (4 pages)

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산업이 발달함에 따라 이산화탄소, 휘발성 유기 화합물, 일산화탄소 등과 같은 독성 가스의 감지 및 모니터링이 중요시되고 있다. 새롭게 합성된 0 차원의 비납계 무기 페로브스카이트 소재는 광학적 방법과 전기적 방법을 융합하여 사용할 수 있는 가스 센서 특성을 가진다. 친환경 가스 센서는 결정의 상변이를 기반으로, 광학 및 전기적 특성 변화를 가져 하이드록실기 감지가 가능하며, 하이드록실기 극성과의 상관관계를 통해 차세대 센서 소자로의 응용 가능성이 기대된다.

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3저전압 구동이 가능한 유기박막트랜지스터를 위한 유기-무기 하이브리드소재 유전체 박막제조

저자 : 하영근 ( Young-geun Ha )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 94-99 (6 pages)

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휘어지며 투명한 전자기기의 개발을 위해서 최근 유기반도체, 탄소기반 나노소재, 금속산화물 반도체등의 다양한 신소재 반도체 개발에 대한 연구가 관심을 받으며 지속적으로 발전하고 있다. 그러나, 이러한 신소재 반도체 기술의 꾸준하고 지속적인 발전에도 불구하고 트랜지스터를 구성하는 주요 소재중 하나인 유전체에 대한 연구는 반도체의 개발속도에 크게 미치지 못하여, 기계적인 휘어짐의 특성을 갖추고, 높은 캐패시턴스와 좋은 누전전류 특성을 갖는 새로운 유전체 개발에 대한 요구가 지속적으로 커지고 있다. 이에 본 연구는 저전압에서 구동 가능한 박막트랜지스터를 위한 유기-무기 하이브리드소재 박막을 개발하며 이를 저전압 구동이 가능한 유기박막트랜지스터에 적용하였다. 상대적으로 높은 유전상수를 갖는 염화하프늄 (HfO2)과 소수성기를 갖고 있으며 금속산화물과 공유결합이 가능한 실란산 기반의 유기물 (octadecyltrimethoxysilane)을 혼합한 전구체 용액을 합성하며 상대적으로 낮은 온도에서 열처리를 통해 얻을 수 있었다. 제조된 하이브리드 게이트 유전체 박막은 우수한 절연 및 유전체 특성과 함께 소수성 표면 특성을 가질 수 있었고 펜타센 유기박막트랜지스터로 응용하여 저전압에서 구동이 되며 우수한 트랜지스터 성능을 갖는 소자를 개발하였다.

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4다이옥솔란 치환기를 갖는 이온성 공액구조 고분자의 합성과 특성 연구

저자 : 심상연 ( Sang-yeon Shim ) , 진성호 ( Sung-ho Jin ) , 박종욱 ( Jongwook Park ) , 임권택 ( Kwon Taek Lim ) , 제갈영순 ( Yeong-soon Gal )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 100-108 (9 pages)

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2-브로모메틸-1,3-디옥솔란을 이용한 2-에티닐피리딘의 중합을 통하여 측쇄에 디옥솔란 치환기를 갖는 새로운 이온성 공액구조 고분자를 합성하였다. 별도의 촉매없이도 중합반응이 잘 진행되어 높은 수율의 중합체를 얻을 수 있었다(76%). 합성한 고분자의 분자구조를 여러 가지 분석장비를 사용하여 분석한 결과 1,3-디옥솔란 부분을 갖는 설계한 공액구조 고분자임을 확인하였다. 고분자의 적외선분광분석 스펙트럼에서는 2110 cm-1 와 3293 cm-1에서 관찰되었던 2-에티닐피리딘의 아세틸렌 특성피크를 보여주지 않는 대신 1620 cm-1 인근에서 공액이중결합의 탄소-탄소 이중결합의 특성 피크를 보다 강하게 보여주었다. 합성한 고분자의 전기전도도 및 전기-광학적 특성을 측정하고 분석하였다. 요오드로 도핑한 고분자의 전기전도도는 1.82 x 10-3 S/cm 였다.

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5키넥트 센서의 잡음 보정 기법을 이용한 신체 뼈대 추정

저자 : 권오설 ( Oh Seol Kwon )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 109-114 (6 pages)

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본 논문은 키넥트 센서에서 랜덤 무향 칼만 필터에 기반한 잡음 제거를 통하여 신체 골격을 추정하는 방법을 제안한다. 일반적인 RGB 값과 깊이 정보를 제공하는 키넥트 카메라는 시간 영역에서 변동하는 센서 응답으로 인해 잡음이 포함된다. 기존의 방법은 다양한 필터링 기법을 사용하여 잡음 제거를 시도하였으나 잡음의 비선형성 때문에 한계가 있었다. 따라서 본 논문에서는 비선형 잡음 특성을 예측하고 업데이트하기 위하여 랜덤 무향 칼만 필터를 적용하고 이를 바탕으로 자세 인식을 위한 3 차원 공간에서 신체 관절 포인트를 예측하였다. 실험 결과 제안한 방법은 기존의 방법보다 잡음 감소 및 뼈대 추정에서 우수한 성능을 가지는 것을 확인하였다.

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6자극응답성 키토산 하이드로겔 합성 및 특성

저자 : 박한솔 ( Hansol Park ) , 박상혁 ( Sang-hyuk Park ) , 오철웅 ( Chul-woong Oh ) , 김형락 ( Hyeung-rak Kim ) , 임권택 ( Kwon Taek Lim )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 115-123 (9 pages)

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본 연구에서는, 주위 산도나 근적외선과 같은 외부에서 주어지는 자극에 의하여 내부 탑재 약물의 방출을 조절할 수 있는, 자극 응답성 키토산(Cs) 하이드로겔를 합성하고 그것의 특성과 성능을 조사하였다. 우선 Cs와 carbic anhydride의 개환반응에 의하여 노르보닐(Nb) 작용기가 도입된 Cs 유도체(Cs-Nb) 를 합성하였으며, methyltetrazine-amine과 selenolactone의 반응에 의하여 테트라진 (Tz) 작용기가 양 말단에 도입된 가교제(Se-Tz)를 합성하였다. Cs-Se 하이드로겔은 CS-Nb와 Se-Tz 사이의 클릭반응에 의하여 빠르게 형성할 수 있었으며, Nb/Tz 반응 몰비 변화로서 가교도를 조절하였다. 하이드로겔의 가교도와 용액의 산도가 낮을수록 하이드로겔의 팽윤도가 높아졌으며, 하이드로겔의 내부구조가 다공성을 가짐을 SEM 단면 분석 결과 확인할 수 있었다. Ciprofloxacin hydrochloride monohydrate 약물을 탑재한 하이드로겔은 pH 5.2의 PBS용액에서 pH 3.7에 비하여 높은 약물 방출을 나타내었다. 또한 근적외선 조사에 의하여 약물 방출을 빠르게 유도할 수 있었다.

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7광 소결 공정을 통한 Ecoflex 기반 나노 은 페이스트 개발

저자 : 남현진 ( Hyun Jin Nam ) , 배동혁 ( Dong Hyeok Bae ) , 문혁준 ( Hyuk Jun Mun ) , 홍성제 ( Sung-jei Hong ) , 박세훈 ( Se-hoon Park )

발행기관 : 한국화상학회 간행물 : 한국화상학회지 27권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 124-130 (7 pages)

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Ecoflex는 친환경적이고 인체에 무해하며, 기존 신축성 전극들의 문제점으로 거론되는 회복성과 pre-stretching 공정이 필요하지 않은 우수한 탄성체이다. 그러나 ecoflex의 문제점은 같은 실리콘 고무 계열이거나 소수성 표면을 띈 소재가 아니면 표면에 접착력이 나오지 않는다. 그리고 금속 분말 페이스트 또는 잉크의 기반 재료로 적용하기엔 아직도 많은 한계가 있다. 마이크로 크기의 금속 분말을 사용하면 경화가 불안정하여 전극과 기판의 접착력이 좋지 않고, 바인더 함량을 증가시켜 경화를 안정화하면 전도성이 좋지 않다는 단점이 있다. 본 연구에서는 나노 금속 입자를 사용해 선 경화를 진행하였고, 광 소결 공정을 통해 전기전도도를 증가시켜 기존의 문제점을 해결하였다. 이렇게 개발된 전극의 신뢰성 검증을 위해 다양한 분석을 진행하였다. 먼저 Rheology test를 통해 페이스트의 신뢰성을 검증하였고, 내용제성 시험으로 전극과 기판의 접착력을 분석하였다. 광 소결 공정 후에 전극의 전기전도도 변화를 확인하기 위해 SEM 분석을 진행하였다. 마지막으로 ecoflex의 우수한 기계적 특성을 평가하기 위해 인장 시험과 인장 반복 시험을 통해 기계적 내구성까지 검증하였다. 그 결과, 나노 금속 입자를 기반으로 만들어진 전극임에도 불구하고 변형률 5 %까지 인장이 가능하였으며, 변형률 2 %에서 160번의 반복 인장 시험에도 문제없이 작동하는 것을 검증하였다.

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